SU1288834A1

SU1288834A1 - Rectifier electric motor

Info

Publication number: SU1288834A1
Application number: SU853897617A
Authority: SU
Inventors: Николай Филиппович Васильев; Рудольф Кириллович Евсеев; Аркадий Аркадьевич Сочивко
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Электромашиностроения; Ленинградский Политехнический Институт Им.Калинина
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1987-02-07

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к эл. машинам, и может быть использовано в махович- ных накопител х энергии. Двигатель имеет многосекционные обмотки статора 1, подключенные к транзисторным коммутаторам 2 и диодным мостам 3.1- 3.3 обратного тока. Двигатель содержит также датчик положени ротора, дешифратор и задатчик режима работы. Имеютс ветви из диода 7 (8), транзисторного ключа 9 (Ю) и второго диода II (l2). Ветви подключены к шинам источника питани 13. Каждый из коммутаторов 2 вл етс многофаз- ньтм Транзисторным мостом. Коммутаторы 2 предназначены дл подключени обмоток 1 к источнику питани в соответствии с сигналами датчика положени ротора. К.ПЮЧИ 9, 10 управл ютс в соответствии с сигналами за- датчика режима работы. К входам коммутаторов 2 подключены выходы дешифратора . При работе двигател с махо- вичным накопителем энергии при отборе энергии от маховика сначала используют режим, при к-ром обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 параллельно под- SS ключаетс к нагрузке. При падении ЭДС статора до нижнего допустимого уровн замыкаютс ключи 9, 10,- и двигатель переходит в режим при последовательном подключении диодных мостов. Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии , около 80%, возвращаетс в источник питани при числе коммутаторов N 2. Оптимальное число коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N 4. 5 ил. 1 табл. (ЛThe invention relates to electrical engineering, namely to el. machines, and can be used in handwheel energy stores. The motor has multisection stator windings 1 connected to transistor switches 2 and reverse current diode bridges 3.1-3.3. The engine also contains a rotor position sensor, a descrambler, and an operation mode adjuster. There are branches from diode 7 (8), transistor switch 9 (Yu) and second diode II (l2). The branches are connected to the power supply busbars 13. Each of the switches 2 is a multi-phase Transistor bridge. The switches 2 are designed to connect the windings 1 to the power source in accordance with the signals of the rotor position sensor. C. SEARCHES 9, 10 are controlled in accordance with the signals of the operating mode sensor. The inputs of the switches 2 are connected to the outputs of the decoder. When the engine is operating with the flywheel energy storage, when taking energy from the flywheel, the mode is used first, during which the stator winding through reverse current bridges and diodes 7, 8, 11, 12 is connected in parallel to the load. When the EMF of the stator drops to the lower permissible level, the keys 9, 10 are closed, and the motor switches to the mode when diode bridges are connected in series. The largest percentage of energy withdrawn during braking from the mechanism, about 80%, returns to the power source with the number of switches N 2. The optimal number of switches and bridges of reverse current lies within 2 N 4. 5 Il. 1 tab. (L

Description

1 1eleven

Изобретение относитс к электротехнике , а конкретнее к вентильным электродвигател м (ВД) посто нного тока, и может быть использовано в маковичных накопител х энергии и в экономичных приводах инерционных нагрузок , IThe invention relates to electrical engineering, and more specifically to valve electric motors (HP) of direct current, and can be used in poppy energy storage devices and in efficient drives of inertial loads, I

Целью изобретени вл етс повышение экономичности за счет использовани рекуперации энергии.The aim of the invention is to improve the economy through the use of energy recovery.

На фиг, I изображена принципиальна схема ВД; на фиг. 2 - схема транзисторного коммутатора; на фиг.З - схема моста обратного тока; на фиг. 4 - схема транзисторного ключа; на фиг. 5 - схема задатчика зажима.FIG. I is a schematic diagram of the VD; in fig. 2 is a diagram of a transistor switch; on fig.Z - scheme of the bridge reverse current; in fig. 4 shows a transistor switch; in fig. 5 is a schematic of the clamp setting device.

ВД выполнен с возбуждением от посто иньпс магнитов, с многосекционной обмоткой статора, образованной N группами многофазных обмоток 1, подключенных к N транзисторным коммутаторам 2 (фиг. 2) и к N диодным мостам 3 обратного тока. ВД содержит датчик 4 положени ротора (ДПР), де- .шифратор 5 и задатчик 6 режима работы . В состав устройства включена N-1- ветвь элементов, кажда из которых состоит из последовательно соединенных первого диода 7 (8), транзисторного ключа 9(10) и второго диода 11(12). Катод первого и анод второго диодов каждой ветви подсоединены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника 13 питани . Общий вьшод диодов катодной группы каждого К-го моста обратного тока 3 подключен к аноду первого диода (К-1)-ой ветви, а общий вьшод диодов анодной группы каждого К-го моста обратного тока 3 к катоду второго диода К-й ветви. Общий вьгоод катодной группы первого моста 3.1 обратного тока и общий вывод анодной группы N-ro моста обратного тока подключены к положительной и отрицательной шинам источника I3 питани соответственно (при N 3).VD is made with excitation from permanent magnets, with a multisection stator winding formed by N groups of multiphase windings 1 connected to N transistor switches 2 (Fig. 2) and N reverse current diode bridges 3. The VD contains a rotor position sensor 4 (DPR), a descrambler 5 and a setting device 6 of the operation mode. The device includes an N-1-branch of cells, each of which consists of a series-connected first diode 7 (8), transistor switch 9 (10) and a second diode 11 (12). The cathode of the first and the anode of the second diode of each branch are connected respectively to the positive and negative buses of the power source 13. A common diode output of the cathode group of each K-th reverse current bridge 3 is connected to the anode of the first diode (K-1) -th branch, and a common output of the anode diode group of each K-th reverse current bridge 3 to the cathode of the second diode of the Kth branch. The common terminal of the cathode group of the first bridge 3.1 of the reverse current and the common output of the anode group of the N-ro bridge of the reverse current are connected to the positive and negative buses of the power source I3, respectively (for N 3).

Каждьй из коммутаторов 2 (фиг.2) представл ет собой многофазный транзисторный мост. Сигналы на управл ющие цепи транзисторов поступают от дешифратора 5 через усилители 14-19, которые, кроме усилени сигналов, управлени , обеспечивают гальваничес кую разв зку силовой и управл ющей частей ВД. Коммутаторы 2 предназначе ны дл подключени , обмоток I статора к источнику 13 питани в соответстfOEach of the switches 2 (FIG. 2) is a multi-phase transistor bridge. Signals to the transistor control circuits are received from the decoder 5 through the amplifiers 14-19, which, in addition to amplifying the control signals, provide the galvanic isolation of the power and control parts of the VD. The switches 2 are designed to connect the stator windings I to the power source 13 in accordance with the

2020

88834 288834 2

ВИИ с сигналами ДПР датчика 4 положени ротора.VII with signals DPR sensor 4 position of the rotor.

Многофазные диодные мосты 3 обратного тока (фиг.З) выполн ют две 5 функции: сброс энергии, накопленнойThe multiphase diode bridges 3 of the reverse current (FIG. 3) perform two 5 functions: the discharge of energy accumulated

в индуктивност х обмоток статора, при переключени х ключей транзисторных коммутаторов дл исключени перенапр жений на транзисторных ключах; вьтр мление ЭДС, индуцируемых в обмотках статора в режиме торможени и рекуперации энергии.in inductors of stator windings, when switching keys of transistor switches to eliminate overvoltages on transistor switches; Termination of EMF induced in stator windings in deceleration mode and energy recovery.

Ключи 9 и 10 управл ютс -в соответствии с сигналами задатчика 6 режима работы. Усилитель 20 (фиг.4) обеспечивает усиление логического сигнала управлени ключем и гальваническую разв зку силовой и управл ющей частей ВД,The keys 9 and 10 are controlled according to the signals of the setpoint adjuster 6 of the operation mode. Amplifier 20 (Fig. 4) provides amplification of the key control logic signal and galvanic isolation of the power and control parts of the VD,

Каждый из коммутаторов 2 подключен зажимом 21 к положительной, зажимом 22 к отрицательной шине источника 13, а зажимами 23-25 - к зажи- jc мам переменного тока мостов 3.1, 3.2, 3.3,...,3.N обратного тока, которые соедин ютс своими зажимами 26 и 27 посто нного тока.Each of the switches 2 is connected by a clip 21 to a positive one, by a clip 22 to a negative bus of source 13, and by clips 23-25 to terminals of alternating current bridges 3.1, 3.2, 3.3, ..., 3.N of reverse current, which are connected with their DC terminals 26 and 27.

Соответственно клемма 26.1 подключаетс к положительной шине источника 13 питани , клемма 27.Н - к отрицательной шине источника 13 питани . Кажда (26.к)-а клемма К-го диодного моста при К 1 подключаетс к аноду первого диода (К-1)-й ветви , состо щей из последовательно включенных первого диода, ключа и второго диода. Кажда (27.К)-а клемма К-го диодного моста при подключена к катоду второго диода К-й ветви. Каждый из транзисторных ключей 9 и 10 дополнительных ветвей соедин етс с диодами своими силовыми зажимами 28 и 29.Accordingly, terminal 26.1 is connected to the positive bus of power supply 13, terminal 27.H to the negative bus of power supply 13. Each (26.k) terminal of the Kth diode bridge with K1 is connected to the anode of the first diode (K-1) of the first branch consisting of a series-connected first diode, a switch and a second diode. Each (27.K) terminal of the K-th diode bridge is connected to the cathode of the second diode of the K-th branch. Each of the transistor switches 9 and 10 of the additional branches is connected to the diodes with its own power terminals 28 and 29.

Входы 30-32 дешифратора 5 соединены с выходом датчика 4 положени ротора, входы 33 и 34 - с выходом задатчика 6 режима работ. Выходы 35-40 дешифратора 5 соединены с входами коммутаторов 2, а выход 41 - с управл ющим входом ключей 9 и 10 дополнительных ветвей.The inputs 30-32 of the decoder 5 are connected to the output of the sensor 4 of the rotor position, the inputs 33 and 34 to the output of the setting device 6 of the operation mode. The outputs 35-40 of the decoder 5 are connected to the inputs of the switches 2, and the output 41 to the control input of the keys 9 and 10 additional branches.

Дешифратор 5 (фиг.З) вырабатьшает сигнал дл управлени мостовыми коммутаторами 2 и ключами 9 и 10 в соответствии с сигналами ДПР и задатчика 6 режима работы, обеспечива -три основных режима работы ВД; работу при параллельном подключении комму30The decoder 5 (FIG. 3) generates a signal to control the bridge switches 2 and the keys 9 and 10 in accordance with the signals of the DPR and setpoint generator 6 of the operating mode, providing three basic modes of the VD; work with parallel connection

3535

4040

4545

5050

5555

3131

таторов 2 при запертых ключах 9 и 10 работу при запертых ключах коммутаторов 2 и ключах 9 и 10; работу при последовательном подключении диодных мостов 3 при запертых ключах мостовых коммутаторов 2 и открытых ключах 9 и 10.tators 2 with locked keys 9 and 10 work with locked keys of switches 2 and keys 9 and 10; operation with the serial connection of diode bridges 3 with locked keys of bridge switches 2 and public keys 9 and 10.

В первом режиме обеспечиваетс разгон инерционной нагрузки маховика и накопление энергии при использовании предельных возможностей ВД по быстродействию. При этом в соответствии с сигналами ДПР 4 к источнику I3 питани подключаютс секции обмоток статора 1, обеспечивающие при каждом определенном положении ротора максимальное значение момента на валу двигател . Сброс энергии, накопленной в индуктивност х обмоток статора, при переключени х ключей oMMyTaTopoB 2 происходит через диоды 3 мостов обратного тока и диоды 7 , 8, 11, 12 дополнительных группIn the first mode, the inertia load of the flywheel is accelerated and energy is accumulated using the maximum speed capabilities of the HP. In this case, in accordance with the DPR 4 signals, sections of stator windings 1 are connected to the power source I3, which ensure the maximum value of the torque on the motor shaft at each certain position of the rotor. When the switches of keys oMMyTaTopoB 2 are reset, the energy accumulated in the inductors of the stator windings occurs through the diodes of 3 reverse current bridges and the diodes 7, 8, 11, 12 additional groups

При втором режиме работы мосты обратного тока оказываютс подключенными параллельно к источнику питани . В этом случае рекупераци энергии возможна только при превышении ЭДС обмоток статора величины ЭДС источника питани .In the second operation mode, the reverse current bridges are connected in parallel to the power supply. In this case, energy recovery is possible only when the emf of the stator windings exceeds the value of the emf of the power supply.

В третьем режиме работы за счет замыкани ключей 9 и 10 образуетс цепь из последовательно включенных диодных мостов обратного тока, причем суммарна ЭДС обмоток статора превышает ЭДС источника питани при угловой скорости со ротора маховикаIn the third mode of operation, due to the closure of keys 9 and 10, a circuit is formed from successively connected reverse current diode bridges, the total emf of the stator windings exceeding the emf of the power source at the angular velocity from the rotor of the flywheel

(И(AND

в пределах -g- - СО СОд, , где Од, - углова скорость -холостого хода БД БДИТ в первом режиме при параллельной работе коммутаторов 2.within -g- - СО СОД,, where Od, is the angular velocity of the idle path of the BDIT DB in the first mode with parallel operation of the switches 2.

В указанном диапазоне угловых скоростей при работе ВД с инерционной нагрузкой обеспечиваетс рекупераци энергии в источник питани . ри этом число N выбираетс исход из требуемого диапазона регулировани скорости и величины статического омента на валу двигател .In the specified range of angular velocities, when the VD operates with inertial load, energy is recovered to the power source. In this case, the number N is selected based on the required range of speed control and the value of the static oment on the motor shaft.

При работе ВД с маховичным накоителем энергии первоначально при отборе энергии от маховика использут первый режим, когда обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 параллельно подключаетс к нагрузке. При падении ЭДС статора до нижнего допустимого уровн замыкаютс ключи 9 и 10, иWhen VD is operating with a flywheel energy accumulator, initially, when taking energy from the flywheel, the first mode is used, when the stator winding is connected through a reverse current bridge and diodes 7, 8, 11, 12 to the load. When the EMF of the stator drops to the lower permissible level, the keys 9 and 10 are closed, and

888344888344

двигатель переходит в третий режим работы БДПТ. В этом случае число N выбираетс исход из обеспечени максимального использовани энергии, 5 накопленной маховиком.the engine goes into the third mode of operation BDPT. In this case, the number N is chosen on the basis of maximizing the use of energy accumulated by the flywheel.

Дешифратор 5 осуществл ет преобразование логических сигналов в соответствии с таблицей истинности, в которой прин ты следующие обозначе10The decoder 5 performs the conversion of logical signals in accordance with the truth table, in which the following symbols are accepted: 10

ни :neither:

- F,2 - выходные сигналы ДПР; - F, 2 - DPR output signals;

53 выходные сигналы задат- чика режима работы;53 output signals of the setpoint mode of operation;

F.5 - выходные сигналы комму- таторов 2;F.5 - output signals of the switches 2;

входные сигналы ключей 9 и 10. the inputs of keys 9 and 10.

Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии (80%) возвращаетс в источник питани при N 2. Увеличение N дает возможность повысить интенсивность торможени и расширить диапазон по скорости , привод к снижению процента возвращаемой энергии. В пределе при , достаточно большом N характеристика при торможении становитс эквивалент- ной характеристике динамического торможени , на которой отдачи энергии р источник питани не происходит.The largest percentage of energy withdrawn during braking from the mechanism (80%) returns to the power source with N 2. Increasing N makes it possible to increase the intensity of braking and expand the range in speed, leading to a decrease in the percentage of energy returned. In the limit at a sufficiently large N, the characteristic at braking becomes equivalent to the characteristic of dynamic braking at which the energy return p does not occur.

При использовании устройства в маховичном накопителе энергии необходимо иметь ввиду, что уже при от маховика можно отобрать почти 5 94Z накопленной им энергии. Следовательно , рациональное количество коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N i 4.When using the device in a flywheel energy storage device, it must be borne in mind that even with the flywheel, it is possible to take almost 5 94Z of energy stored by it. Consequently, a rational number of switches and reverse current bridges lie within 2 N i 4.

Таким образом, ВД позвол ет повысить экономичность электропривода инерционной нагрузки за счет организации рекуперативного торможени . Такой двигатель в целом р де автономных транспортных или исследовательских систем (электромобили, транспортные роботы, планетоходы) может быть применен и в т говом приводе, и в маховичном накопителе энергии.Thus, VD allows to increase the efficiency of the inertial load electric drive due to the organization of regenerative braking. Such an engine in a whole range of autonomous transport or research systems (electric vehicles, transport robots, planetary rovers) can be used both in a traction drive and in a flywheel energy storage device.

00

5050

Claims

Invention Formula

A valve motor containing a rotor with permanent magnets, measles with a multisection winding 55, consisting of N groups of multiphase windings connected to transistor switches, the control inputs of which are connected to the output of the rotor position sensor through a decoder, and to N reverse diode bridges current, the transistor switches are connected to the DC power supply busbars, characterized in that, in order to improve efficiency due to energy recovery, the motor is equipped with (H-1) th branch of Connections of the first diode, the second transistor switch and iodo, wherein each cathode of the first diode-connected branches k.polozhitelnoy bus power source and the anode of the second diode of each branch Con

It is connected to the negative power supply bus, the common output of the cathode group diodes of each K-th reverse current bridge is connected to the anode of the first diode (K-1) -th group, the common output of the anode group's diodes of each K-th reverse current bridge is connected to the cathode of the second diode The fifth branch, the common output of the cathode group of the first reverse current bridge is connected to the positive power supply bus, and the common output of the anode group of the reverse current N bridge, to the negative power supply bus.